[发明专利]衍射光栅外差式二维位移测量系统及方法

说明书

本发明提供一种新型衍射光栅位移测量系统，包括双频激光器、读数头、一维测量光栅、第一接收器、第二接收器及信号处理系统，读数头采用对称的结构设计；双频激光器向信号处理系统输入参考信号并发出的具有频差且正交线偏振光入射到读数头中，在读数头中分为参考光及测量光；左右两束测量光分别入射至一维反射光栅上，并在一维反射光栅上产生衍射光，衍射光按原路返回读数头，分别与左右两束参考光相干涉，分别进入第一接收器和所述第二接收器中，信号处理系统进行信号处理，获得一维测量光栅在光栅矢量方向和光栅法线方向的位移信息。本发明在实现光栅矢量方向和光栅法线方向位移测量的同时，提高了光栅法线方向的位移测量量程，系统结构简单。

技术领域

本发明属于精密位移测量技术领域，涉及一种衍射光栅外差式二维位移测量系统及方法。

背景技术

衍射光栅位移测量系统以光栅栅距为测量基准，采用对称级次衍射光干涉实现位移测量，光路对称且光程短，该位移测量系统受环境制约小，测量重复性好，配合高倍的电子细分能够实现高分辨率和高精度测量。目前衍射光栅位移测量系统多采用一维测量光栅实现一维位移测量，针对二维位移测量，大多数都通过采用二维光栅来实现平行于光栅平面的二维位移测量，一些文献中采用一维光栅实现了光栅矢量和光栅法线方向的二维位移测量，但是光栅法线方向的量程受制于光斑尺寸以及光学元件尺寸的大小，无法实现长行程测量。

因此，针对采用一维光栅实现二维位移测量的技术，需要寻求一种新型的位移测量测量方法以及测量系统，在实现高精度二维位移测量的同时，提高沿光栅法线方向的位移测量量程，并且装置结构简单，能够实现小型化，集成化。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新型的衍射光栅位移测量系统，在实现光栅矢量方向和光栅法线方向位移测量的同时，提高光栅法线方向的位移测量量程，并且系统结构要简单，实现小型化和集成化。。

一方面，提供一种衍射光栅外差式二维位移测量系统，包括双频激光器、读数头、一维测量光栅、第一接收器、第二接收器及信号处理系统，所述读数头采用对称的结构设计；

所述双频激光器向所述信号处理系统输入参考信号；

所述双频激光器发出的具有一定频差并且正交线偏振光入射到所述读数头中，在所述读数头中分为左右两束参考光及左右两束测量光；

左右两束测量光分别按利特罗角入射至所述一维反射光栅上，并在所述一维反射光栅上产生衍射光，所述衍射光按原路返回所述读数头，分别与所述左右两束参考光相干涉，并分别进入所述第一接收器和所述第二接收器中；

所述第一接收器及所述第二接收器将光信号转化为电信号，并输送给信号处理系统，信号处理系统进行信号处理，获得光栅在光栅矢量方向和光栅法线方向的位移信息。

一些实施例中，包括双频激光器、读数头、一维测量光栅、第一接收器、第二接收器及信号处理系统，所述读数头采用对称的结构设计；

所述双频激光器向所述信号处理系统输入参考信号；

所述双频激光器发出的具有一定频差并且正交线偏振光入射到所述读数头中，在所述读数头中分为左右两束参考光及左右两束测量光；

左右两束测量光分别入射至所述一维反射光栅上，并在所述一维反射光栅上产生衍射光，所述衍射光按原路返回所述读数头，分别与所述左右两束参考光相干涉，并分别进入所述第一接收器和所述第二接收器中；

所述第一接收器及所述第二接收器将光信号转化为电信号，并输送给信号处理系统，信号处理系统进行信号处理，获得光栅在光栅矢量方向和光栅法线方向的位移信息。

一些实施例中，所述读数头包括两个对称设置的锐角为45度的第一棱镜和第二棱镜，对称设置的第三棱镜和第四棱镜，对称设置的第三接收器和第四接收器、对称设置的第五四分之一波片、第六四分之一波片、第七四分之一波片及第八四分之一波片；